مطالعه تجربي خواص مكانيكي نانوكامپوزيت گرافن ‌اكسيد/اپوكسي در نرخ‌هاي مختلف از كرنش

Experimental study on mechanical properties of graphene oxide/epoxy nonocomposites in different strain rates

در اين مقاله رفتار مكانيكي نانوكامپوزيت‌هاي اپوكسي تقويت شده با نانوصفحات گرافن ‌اكسيد (گرافن‌ اكسيد/ اپوكسي)، در نرخ‌هاي مختلف از كرنش، مورد مطالعه قرار گرفته است. در اين راستا ابتدا گرافن ‌اكسيد به روش شيميايي هامر با كاهش گرافيت خشك سنتز شده و در ادامه نانوكامپوزيت گرافن ‌اكسيد/ اپوكسي به روش مخلوط با حلال (استون)، ساخته شده است. از نانوكامپوزيت بدست آمده نمونه‌هاي استاندارد براي انجام آزمايش، تهيه شده و آزمايش‌هاي فشار استاتيكي و هاپكينسون فشاري بر روي آن‌ها انجام گرفته است. نتايج حاصل از انجام آزمايش نشان داد كه افزودن نانو صفحات گرافن ‌اكسيد به اپوكسي باعث افزايش سفتي و استحكام آن شده است. مشخص شد كه رفتار اپوكسي به شدت وابسته به نرخ كرنش بوده به طوري استحكام آن در حالت ديناميكي حدود 50 درصد از حالت استاتيكي بيش‌تر است. از طرف ديگر، تأثير افزودن اين نانوصفحات در نرخ كرنش‌هاي پايين، بيش‌تر از نرخ كرنش‌هاي بالا است. به طوري كه استحكام اپوكسي با افزودن 0.3 درصد جرمي از گرافن ‌اكسيد، در نرخ كرنش 0.01 (s^(-1 و 1100 (s^(-1 به ترتيب حدود 20% و 5% افزايش مي‌يابد. هم‌چنين مقايسه تصاوير ميكروسكوب الكتروني روبشي از سطح شكست نمونه‌هاي اپوكسي و نانوكامپوزيت آن بعد از آزمايش فشار استاتيكي، نشان داد كه زبري سطح شكست براي نانوكامپوزيت بيش‌تر از اپوكسي است.

In this paper, the mechanical behavior of the Graphene Oxide (GO)/epoxy nanocomposites has been investigated under different strain rates. To reach this goal, GO nano sheets were synthesized through Hummers method (a chemical method) and then GO/epoxy nanocomposite was prepared using the solution-based method. Standard test specimens were made from nanocomposite. In order to study the static and dynamic behavior of material, the static pressure test and the split pressure Hopkinson bar test were performed on the specimens, respectively. The results showed that the stiffness and the strength of epoxy increase by adding GO to it. It was found that the behavior of epoxy is dependent on a strain rate so intense that its dynamic strength is about 50% more than the static one. Furthermore, the effect of GO at low strain rates is more than high strain rates such that adding 0.3% weight ratio of GO increases the strength of epoxy by nearly 20% and 5% in 0.01 􀜛􀬿􀫚and 1100 􀜛􀬿􀫚 of strain rates, respectively. In addition, the comparison of Scanning Electron Microscopy (SEM) images from the fracture surfaces of neat epoxy and its composite showed that the surface toughness of nanocomposite is more than that of epoxy.